冷却器风扇电机变频控制方案改造探究

刘葆

摘要：变压器是变电站运行中的核心部分，而冷却系统的可靠性直接影响到变压器的安全运行。在电力变压器的强迫油循环风冷却系统中，冷却系统主要由潜油泵、风扇电机、油流继电器、分控箱、主控制箱、信号系统等部分组成。运行中的变压器按照负荷和温度情况自动投入或切除相应数量的冷却器。近一年工作票统计数据显示冷却系统最易损坏的是风扇电机，轻则轴承磨损发出异响，重则烧毁不能投运。

关键词：冷却器；强迫油循环；电机；变频控制

一、强迫油循环风冷系统

对于应用强迫油循环的变压器从本体设计容量和散热器容量配置一定数量的冷却器组，同时配置备用冷却器以便切除故障冷却器能自动投运。冷却器可用控制开关位置来选择工作、辅助和备用状态。

1.1冷却器投退存在问题

变电检修心中辖下孝感主网变压器根据容量的不同，大多装设8-10台风扇吹风加速变压器油的冷却，每2台风扇分为一组。风扇由轴流式单级叶轮与三相异步电动机两部分构。当主变负荷和油温在某一范围内波动时，测量主变负荷的电流继电器或测量变压器油温的温度继电器会频繁动作，将导致辅助冷却器频繁地启停。冷却器的油泵、风扇电机启动过于频繁，会进一步使热继电器动作，从而让该组冷却器退出运行，投退次数过多无疑会缩短冷却器电气设备的使用寿命。同时变压器油高速流动易产生油流带电，造成主变内部故障隐患，影响其安全稳定运行。另外，冷却器组的风扇电机投入过多不仅浪费电能也会造成严重噪音污染。

辅助冷却器组本身作用是在油温过高时投入以达到快速降低油温，因此单纯优先依负荷的增加做出辅助冷却器投退判据缺乏一定的科学性，其目的可能仅仅是基于可靠性的角度来考虑。例如11月30日8时许上庙变电站室外温度0℃左右且伴随3-4级北风，气温陡降用电负荷增大，上#1主变辅助冷却器投运，而主变上层油温不到20℃。

如此导致最直接的后果就是冷却系统的风扇电机损坏，而损坏的原因是电

机机械轴承磨损，转动时异响或叶片擦到外壳卡死烧毁电机。据工作票不完全统计自2011年1月至今变电检修中心所辖10座站共处理冷却器缺陷20余起，仅一起不是强迫油风冷型主变，而风扇电机故障占80%以上，热过载继电器失灵也占相当大比例。累计出勤愈30次均涉及大量部件更换维修，其中专业班组集中维修电机4次近20台，委外维修2次耗1700元，造计划新购置约10台电机和10部热过载继电器备用，投入的人力物力财力不容忽视。即使如此仍然数次因为缺乏备件延误计划消缺时间，影响消缺率考评。

1.2改进型冷却器投退判据

对于这样不是长期满负荷运行的变压器，运行冷却器的投入可按照如下规则整定：

（1）负荷判据。当变压器负荷达到其额定值70%及其以上时，经过一段延时冷却器全部投入，延时的目的是为了避免负荷波动带来的影响；当负荷小于额定值70%时，投切由油温判据决定。

（2）油温判据。根据现场实际情况可把冷却器分成4-5组。每组含风扇电机两台，对于冷却器数量的投运控制是：正常运行时启动2组冷却器4台风扇电机工作，当油温上升到某设定值时，启动辅助冷却器组，当油温下降到设定值时切除辅助组。

二、变频控制风扇电机运行模式

根据变压器运行的情况，把变压器的负荷设置成2档：0＜P＜P1和P1≤P≤100%（P1=70%额定容量），变压器投入运行时首先由负荷判据确定投入的冷却器数量。顶层油温的定值设为3个档位，T1=正常运行2组冷却器投入时温度阀值、T2=辅助冷却器投入时温度阀值、T3=主变允许温度限值。

（1）运行模式1：当（0＜P＜P1）&（T＜T1）给变频器赋初值f1，使之输出某一频率，采集温度传感器设定值进行计算校正，变换成电流信号输出到变频器，使之按照相应的频率输出带动冷却器组风扇电机运行。在（0，T1）设定温度范围内，变压器油温升高，输入温度信号电流增大，变频器输出频率逐渐上升，风扇电机转速上升使冷却容量增大，直到变压器油温降回到设定的Ｔ１范围内，使变压器的损耗与散热功率达到线性平衡。反之，若油温度下降，变频器输出频率逐渐下调以降低风扇电机转速，减小冷却容量，控制油温在设定范围（0，T1）内。如此达成投运风扇电机未全速运行仍然可以使变压器正常运行时其顶层油温控制在某一个恒定范围内。

（2）运行模式2：当（0＜P＜P1）&（T1≤T＜T2）时辅助冷却器投入运转，

先将变频器输出频率降到最低，在此冷却容量基础上根据温度电流信号给变频

器赋初值f2，使调节温度能够回到Ｔ１范围内，在（0，T2）内调节方式和模式

1一致，在油温下降到正常运行阀值T1时，辅助组冷却器退出，退回至模式1

（3）运行模式3：当（0＜P＜P1）&（T2≤T＜T3）时备用冷却器亦投入运转，在此冷却容量基础上根据温度电流信号给变频器赋初值f3，使调节温度

能够回到Ｔ2范围内，依次退回至模式2、模式1。

（4）运行模式4：当P≥P1时，退出风扇电机变频调速模式，直至负荷回到0＜P＜P1。

三、变频控制风扇电机回路方案设计

基于以上考虑可在在每组冷却器分控箱电机的控制回路中加装一台变频器来控制该组两台风扇电机，由变压器的油温变化作为控制信号来控制风扇电机的转速，从而改变以往电动机投入后只能在工频状态下全速运行的状况，达到在不降低散热效果的基础上延长风扇电机使用寿命及节能降噪的目的。

接线方式只是在分控箱风扇电机原动力控制电路部分略作改动，即可达到由一台变频器控制两台风扇电机转速，如图1所示。

通过KM1、KM2、KM3三个接触器控制实现变频与工频的切换，在模式1、模式2、模式3运行情况下，KM1、KM2闭合，KM3断开风扇电机工作在变频调速模式。通过温度传感器取出温度信号，转换成电流信号，输出至变频器S端。温度高时，电流信号大，变频器的输出频率也大，从而加快风扇电动机的转速。反之，温度低时，电流信号和变频器的输出频率都小，使风扇电动机的转速减慢。在模式4或变频器故障情况下，转入工频运行风扇电机全速运行，以保证冷却器正常工作。

参考文献：

[1]浅谈强迫油循环风冷变压器的瓦斯保护动作原因[J].安利凯.中国新技术新产品.2016（14）

[2]强迫油循环风冷变压器冷却器控制箱内元件及信号设置原则[J].车靖阳.自动化应用.2016（03）

[3]220kV强迫油循环风冷变压器冷却系统风冷改造分析[J].邹明浩.通讯世界.2018（02）

作者介绍：

刘葆（1989.11.23），性别：男；籍贯：安徽安庆；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；职务：销售工程师；研究方向：变频控制。